傳統SK型靜態混合器與開縫式SK型靜態混合器的性能探討

谷王

摘 要：從傳統SK型靜態混合器基本功能和結構出發，通過數值模擬和實驗模型驗證，提出了開縫式SK型靜態混合器，并比較了在相同實驗條件下兩種靜態混合器的指標：混合度和壓力損失，得出傳統SK型靜態混合器與開縫式SK型靜態混合器的性能差異。

關鍵詞：開縫式SK型靜態混合器；靜態混合器；混合度；壓力損失

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.184

0 引言

靜態混合器發明以來，在很多行業得到了廣泛的運用，尤其是在化工、醫藥、農業、紡織、食品等行業。靜態混合器是一種較為先進的混合單元設備，它的內部結構是由一系列特定螺旋單元構成，該單元在內部是固定不動的，這與機械攪拌混合器有很大的不同，機械攪拌器是靠電機帶動，從而實現各種流體的混合，但其長時間在惡劣環境下工作，會造成機械攪拌混合器的穩定性、可靠性不高。靜態混合器與其它混合設備相比較，具有可靠性高、效率高、結構簡單、能耗低、體積小、性價比高等優點。

1 靜態混合器的工作原理

靜態混合器之所以能起到混合的作用，是其結構單元改變了混合流體的速度梯度和流態。當混合流體運動狀態為層流時，其通過管道流經混合單元，之后撞擊混合單元，使混合流體產生流體分割-流體位置移動-流體再匯合。當混合流體運動狀態為湍流時，除了產生上面三種情況以外，在混合單元截面方向上還會產生大量劇烈的渦旋，這些渦旋對混合流體的剪切力很強，能促進混合流體的快速分割和混合[1]。

2 靜態混合器結構設計

2.1 傳統SK型靜態混合器結構

在結構方面它是由一個或多個以上混合單元組成，每個混合單元包括一個左旋和一個右旋螺旋片，單個左旋、右旋螺旋片是通過繞軸左旋、右旋180°制作而來，在一個混合單元內左旋螺旋片和右旋螺旋片交叉90°連接，不同混合單元之間也是交叉90°連接，但是不同混合單元連接時的螺旋片必須旋向相反。這樣當混合流體進入混合器入口時，就會被螺旋葉片分成兩股，每一股沿著混合單元的第一個螺旋片徑向流動，經過180°后進入混合單元的第二個螺旋片，同樣又被分成兩股沿著徑向流動，再經過180°之后才完整流出第一個混合單元，這樣依次流過后續混合單元就是傳統SK型靜態混合器的混合過程[2， 3]。圖1是傳統SK型靜態混合器混合單元。

2.2 開縫式SK靜態混合器結構

開縫式SK型靜態混合器在結構上與傳統SK型靜態混合器有相似之處，前者是在后者基礎上創新發明而來，傳統SK型靜態混合器單個螺旋片之間沒有間隙，混合流體在其中被分割成兩股，兩股之間是在各自不相通的流道內流動，并沒有交換混合，只是等流到下一個螺旋片時才會匯合混合；而開縫式SK型靜態混合器單個螺旋片之間有縫隙，使得被分割的兩股不僅在軸向相互交換混合，同時在徑向上也相互交換混合。圖2是開縫式SK型靜態混合器混合單元。

3 兩種混合器的混合度、壓力損失比較

由圖（3）可知在整個混合過程中，第一：開縫式SK型靜態混合器在不同截面上的混合度要高與傳統SK型靜態混合器。第二：相比之下開縫式SK型靜態混合器在不同截面上的混合度從入口到出口趨勢是逐漸變大的。實驗結果說明了開縫式SK型靜態混合器的混合效果優于傳統SK型靜態混合器。

圖（4）所示是兩種靜態混合器的壓力損失在不同截面的分布圖，由圖我們可以清晰得出。第一：開縫式SK型靜態混合器的壓力損失略小于傳統SK型靜態混合器。第二：開縫式SK型靜態混合器沒有傳統SK型靜態混合器在不同混合單元間的明顯的波動現象。實驗結果說明了開縫式SK型靜態混合器壓力損失性能方面好于傳統SK型靜態混合器。

參考文獻：

[1]Joshi P， Nigam K D P， Nauman E B. The Kenics static mixer new data and proposed correlations[J]. Chemical Engineering Journal， 1995（59）：265-271.

[2]Morris W D. Static mixer[J]. Chemical Process and Design， 1974，1974（13）：338-342.

[3]Grace C D. Static mixing and heat transfer[J]. Chemical Processing and Engineering， 1971，7（52）：57-59.